【java第54集】java Collection单列集合详解

一、Collection接口的核心概念

Collection 是 Java 集合框架的根接口，定义了所有 单列集合 的通用操作。它表示一组对象（元素），支持增删查改等基本功能，适用于需要管理一组数据的场景。

集合框架的层级关系

• 接口层级：

  • Collection 接口是所有单列集合的基类。
  • 直接继承自 Collection 的主要有三个子接口：
    • List：有序、可重复，允许通过索引访问元素（如 ArrayList、LinkedList）。
    • Set：无序、不可重复（如 HashSet、TreeSet）。
    • Queue/Deque：支持先进先出（FIFO）或后进先出（LIFO）的队列结构（如 PriorityQueue、LinkedList）。

• 实现类特点：

  • List：动态数组（ArrayList）或链表（LinkedList）。
  • Set：基于哈希表（HashSet）或红黑树（TreeSet）。
  • Queue：优先队列（PriorityQueue）或双端队列（LinkedList）。

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二、Collection的核心方法

Collection 接口定义了所有集合的通用操作方法，以下是关键方法及示例：

1. 增加元素

• boolean add(E e)
  添加单个元素。

  List<String> list = new ArrayList<>();
  list.add("Apple"); // 添加元素
  

• boolean addAll(Collection c)
  添加另一个集合的所有元素。

  List<String> list1 = new ArrayList<>();
  list1.add("Banana");
  list.addAll(list1); // 添加 list1 的所有元素
  

2. 删除元素

• void clear()
  清空所有元素。

  list.clear(); // list 变为空集合
  

• boolean remove(Object o)
  删除第一个匹配的元素。

  list.remove("Apple"); // 删除 "Apple"
  

• boolean removeAll(Collection c)
  删除当前集合中与指定集合共有的元素（差集）。

  list.removeAll(list1); // 删除 list1 中的所有元素
  

• boolean retainAll(Collection c)
  仅保留当前集合与指定集合共有的元素（交集）。

  list.retainAll(list1); // 保留 list1 中的元素
  

3. 查询元素

• int size()
  返回集合大小。

  System.out.println(list.size()); // 输出元素数量
  

• boolean isEmpty()
  判断集合是否为空。

  System.out.println(list.isEmpty()); // 输出 true 或 false
  

• boolean contains(Object o)
  判断是否包含指定元素。

  System.out.println(list.contains("Apple")); // 输出 true 或 false
  

• boolean containsAll(Collection c)
  判断是否包含指定集合的所有元素。

  System.out.println(list.containsAll(list1)); // 输出 true 或 false
  

4. 遍历元素

• Iterator iterator()
  返回迭代器，用于遍历集合。

  Iterator<String> it = list.iterator();
  while (it.hasNext()) {
      System.out.println(it.next());
  }
  

• Object[] toArray()
  转换为数组。

  Object[] array = list.toArray();
  

5. JDK 8 新增方法

• boolean removeIf(Predicate filter)
  根据条件删除元素。

  list.removeIf(s -> s.startsWith("A")); // 删除以 "A" 开头的元素
  

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三、Collection的主要实现类对比

实现类	底层结构	特点	适用场景
ArrayList	动态数组	随机访问快（O(1)），中间插入/删除慢（O(n)）。	需要频繁随机访问的场景。
LinkedList	双向链表	插入/删除快（O(1)），随机访问慢（O(n)）。	需要频繁增删的场景（如队列）。
HashSet	哈希表	无序、不可重复，添加/查询效率高（O(1)）。	需要快速查找且不重复的场景。
TreeSet	红黑树	自然排序或自定义排序（O(log n)），不允许 null。	需要排序的场景（如排行榜）。
LinkedHashSet	哈希表 + 双向链表	保持插入顺序，性能接近 HashSet。	需要遍历顺序的场景（如缓存）。
Vector	动态数组（线程安全）	线程安全但性能较低，扩容时翻倍。	多线程环境（推荐用 CopyOnWriteArrayList）。
Stack	继承 Vector	后进先出（LIFO），适合栈操作。	实现栈功能（Deque 更推荐）。

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四、典型使用场景与代码示例

1. List 的使用（ArrayList vs LinkedList）

// ArrayList：适合随机访问
List<String> fruits = new ArrayList<>();
fruits.add("Apple");
fruits.add("Banana");
System.out.println(fruits.get(0)); // 快速访问

// LinkedList：适合频繁增删
List<String> queue = new LinkedList<>();
queue.addFirst("A");
queue.addLast("B");
System.out.println(queue.removeFirst()); // 快速删除

2. Set 的使用（HashSet vs TreeSet）

// HashSet：去重
Set<String> uniqueWords = new HashSet<>();
uniqueWords.add("Java");
uniqueWords.add("Java"); // 无效，返回 false
System.out.println(uniqueWords); // [Java]

// TreeSet：排序
Set<Integer> sortedNumbers = new TreeSet<>();
sortedNumbers.add(3);
sortedNumbers.add(1);
System.out.println(sortedNumbers); // [1, 3]

3. 队列操作（Queue）

Queue<String> messages = new LinkedList<>();
messages.offer("Msg1"); // 入队
messages.offer("Msg2");
System.out.println(messages.poll()); // 出队，输出 "Msg1"

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五、注意事项与最佳实践

1. 线程安全问题

• 默认实现（如 ArrayList、HashSet）非线程安全。
• 多线程环境下需使用：
  • Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())
  • CopyOnWriteArrayList（读多写少）
  • ConcurrentHashMap（替代 Hashtable）

2. 性能优化

• 初始容量：合理设置 ArrayList 或 HashMap 的初始容量，减少扩容开销。
• 遍历安全：遍历时修改集合会抛出 ConcurrentModificationException，需使用迭代器的 remove() 方法。

3. 键值对象的 equals() 和 hashCode()

• 若自定义类作为集合元素（如 Set 或 HashMap 的键），必须重写 equals() 和 hashCode() 方法，确保逻辑正确性。

4. 遍历方式

• 迭代器（推荐）：支持安全删除元素。

  Iterator<String> it = list.iterator();
  while (it.hasNext()) {
      String s = it.next();
      if (s.equals("Apple")) it.remove(); // 安全删除
  }
  

• 增强型 for 循环：不支持修改集合。

  for (String s : list) {
      System.out.println(s);
  }
  

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六、总结

• Collection 是 Java 集合框架的基石，通过 List、Set、Queue 等子接口满足不同的数据管理需求。
• 选择实现类时需权衡性能与功能：
  • List：ArrayList（随机访问）、LinkedList（频繁增删）。
  • Set：HashSet（去重）、TreeSet（排序）。
  • Queue：LinkedList（双端队列）、PriorityQueue（优先级队列）。
• 掌握核心方法（如 add、remove、iterator）和遍历技巧，能高效处理集合数据。
• 注意线程安全和性能优化，避免常见错误（如并发修改异常）。